◆중국의 ‘톈궁’과 일본의 ‘H3’ 로켓
벌써부터 ‘우주의 자금성’이란 별명이 붙은 ’톈궁’은 고도 400~450㎞에서 올해부터 10년간 떠 있을 중국의 우주 정거장이다. 우주인 세 명이 장기간 거주할 수 있도록 설계되었으며 최종 완성 시 총중량은 180t에 달할 전망이다.
중국은 ‘톈궁’을 짓기 위해 그야말로 먼 길을 걸었다. 1992년부터 우주정거장 건설을 위한 선행 연구에 착수해서 우주발사체를 연속 개발하고, 시험 삼아 소규모 우주정거장을 쏘아 올려 도킹 실험과 우주 유영 실험까지 끝마쳤다. 1990년대 당시 미국이 국제우주정거장 사업을 벌이면서 의도적으로 중국을 배제한 것에 큰 충격을 받고 꾸준히 우주개발에 집중투자한 결과다. 실험실과 화물칸, 거주공간 등 다섯 개 모듈로 이뤄진 톈궁이 2022년 완공돼 가동을 시작하면 우주 개발 경쟁은 다시 치열해질 수도 있다. 중국을 빼놓고 지어진 국제우주정거장은 2024년 임무가 종료된다. 그러면 톈궁은 한동안 인류의 유일한 우주정거장이 된다.
이미 우주발사체로 ‘H2A’와 ‘엡실론’을 보유한 일본 역시 차세대 로켓으로 오랫동안 개발한 ‘H3’을 조만간 처음 발사할 예정이다. 일본의 로켓 개발 역량은 세계 최고 수준으로 평가받는다. 새로 선보일 H3은 대형 로켓이지만 쏘아 올리는 화물(위성) 무게에 따라 보조 로켓 수를 조정할 수 있도록 유연성을 확보했다. 이를 통해 가격을 낮춰 상업용 위성 발사 시장에서 경쟁력을 확보할 계획이다.
◆2022년, KPS, 코리안-GPS와 달궤도선의 해
중·일에 비해 뒤처졌지만 2022년은 우리나라 우주 개발의 전환기가 될 전망이다. 특히 사상 최대 예산이 투입되는 한국형 위성항법시스템(KPS)이 완성까지 14년간의 긴 여정을 시작한다. KPS는 한국 우주개발 역사상 최대 규모 사업이다. 2022∼2035년 14년간 3조7234억원이 든다. 위성항법시스템은 인공위성 여러 대를 이용해 정확한 위치·항법·시각 정보를 제공하는 시스템이다. 교통·통신 등의 기반 기술이자 자율주행차·도심항공교통(UAM) 등 미래 신산업의 핵심 인프라로서 중요성이 커지고 있다.
국내에서는 ‘GPS’가 위성항법시스템 대명사처럼 인식되나 이는 미국이 구축한 시스템이다. 전 지구를 아우르는 위성항법시스템으로는 GPS 외에 러시아의 글로나스(GLONASS), 유럽연합의 갈릴레오(Galileo), 중국의 BDS(Ⅲ)가 있다. 이 밖엔 오직 인도·일본 정도가 지역 위성항법시스템을 갖고 있다.
한국항공우주연구원 측은 “현재 해외 위성항법 서비스들이 무료로 민간의 자율적 사용을 권장하나 항구적으로 무료 사용이 담보될지는 미지수”라며 “4차 산업혁명에 필수적인 초정밀 위치·항법·시각 정보를 제공하고 국가 핵심 인프라의 완전성을 보장하려면 한국만의 독자적인 시스템 구축이 필요하다”고 설명했다.
KPS는 위성·지상·사용자 시스템으로 구성된다. 위성시스템은 정지궤도 3기와 경사궤도(적도면에 대해 약간의 경사각을 갖는 궤도) 5기로 이뤄지고, 지상시스템은 통합운영센터, 위성관제센터, 안테나국, 미터급·센티미터급 서비스 임무제어국 등을 갖추게 된다. 정부는 개발 과정에서 공공이 개발한 기술을 민간 기업으로 적극 이전해 ‘뉴스페이스’ 생태계를 만들 계획이다. 초정밀인 KPS를 활용한 서비스 산업도 함께 키운다.
올해 예정된 또 다른 주요 우주개발 사업은 8월의 달 궤도선 발사다. 달 궤도선은 달 주변을 돌며 달 탐사를 수행하게 된다. 오는 12월 무사히 달 궤도에 도착하면 이후 1년간 달 고도 100㎞를 비행하며 각종 정보를 수집한다. 미국 기업 스페이스X의 팰컨9 발사체에 실려 발사되며, 무게는 약 678㎏이다. 한국항공우주연구원이 설계·제작·조립·시험·발사와 운영을 담당한다. 달 궤도선은 당초 총 중량 550㎏으로 설계됐으나 개발 과정에서 경량화에 어려움을 겪으면서 128㎏이 늘어나게 됐다. 발사 일정도 노무현·박근혜정부 때부터 변경을 거듭한 끝에 2020년 12월에서 올해 8월로 연기됐다.
한국형 달 궤도선에는 58㎏에 달하는 6개 탑재체가 실린다. 한국 기술로 개발한 △고해상도 카메라 △광시야 편광 카메라 △자기장 측정기 △감마선 분광기 △우주인터넷과 나사 탑재체인 섀도 캠이다.
고해상도 카메라는 2030년으로 예정된 우리나라 달 착륙선이 달에서 내려앉을 만한 주요 후보지들을 미리 촬영한다. 물, 헬륨-3(헬륨 동위원소)이 있을 만한 지역, 달 표토와 동굴, 자기장 이상 지역 등을 광학촬영한다. 아름다운 천체 영상도 덤으로 감상할 수 있다. 달 궤도선이 지구에서 달로 가는 동안, 달 궤도를 도는 동안 고해상도카메라가 지구, 금성, 화성, 목성, 토성, 플레이아데스 성단 등을 촬영해 공개한다.
광시야편광카메라는 달 표면 편광지도를 세계 최초로 제작한다. 이를 통해 우주 풍화가 일어나는 3대 과정이 달 표면에서 어떻게 작동하는지 규명한다. 또 100m급 해상도의 티타늄 지도를 세계 최초로 제작해 우주 자원 탐사 후보지를 발굴한다.
자기장측정기로는 달 표면에 특이하게 분포하는 자기 이상지역의 진화와 기원을 연구한다. 감마선분광기는 달 표면 원소지도를 그린다. 물, 산소, 헬륨-3, 철, 칼슘, 티타늄, 규소, 라돈, 자연방사성원소 등 5개 이상 원소에 대한 지도를 만드는 것이 목표다. 원소 지도가 있으면 달 착륙 때 현지에서 필요한 자원을 가늠할 수 있다.
우주인터넷은 달과 지구 사이에 파일 다운·업로드, 실시간 동영상 전송 등을 수행한다. 나사 섀도 캠은 달에서 1년 내내 빛이 전혀 들지 않는 남북극 영구음영지역을 고정밀로 촬영한다. 또 미국의 달 극지역 착륙 임무인 ‘아르테미스 미션’을 위한 후보지 기초 자료를 확보한다.
◆누리호, 미비점 보완 후 2·3차 도전
지난해 ‘미완의 성공’에 그친 한국형 발사체 누리호(KSLV-Ⅱ)는 2·3차 도전에 나선다. 2차 발사는 5월 예정이었으나 3단부 산화제 탱크 설계 변경이 필요해 하반기로 연기됐다. 더미위성만 실은 1차 발사와 달리 2차 발사 때는 0.2t 성능 검증 위성과 1.3t 더미 위성을 탑재한다. 이어 12월 다시 우주로 솟아오른다. 누리호의 신뢰도·성공률을 높이기 위해 2027년까지 4차례 예정된 반복발사 일정 중 하나다. 다만 2차 발사가 늦어짐에 따라 3차 발사 일정도 밀릴 가능성이 크다.
이 외에 다목적 실용위성인 아리랑 6호가 올해 발사될 예정이다. 아리랑 6호는 눈·비 등 악천후에도 한반도 주변 지상을 감시할 수 있도록 설계됐다. 2018년까지가 수명인 아리랑 5호를 대체하기 위해 2019년 발사될 예정이었다. 그러나 에어버스DS·LIG넥스원이 위성의 눈에 해당하는 합성영상레이더(SAR) 부품을 늦게 납품하고 코로나19 팬데믹이 겹치면서 발사 일정이 3년이나 뒤로 밀리게 됐다.
채연석 전 한국항공우주연구원 원장(항공철도사고조사위원회 위원장)은 “아시아 우주개발은 중국이 가장 앞서 나가고 있고 인도와 일본이 뒤를 따라가고 이어서 한국이 따라가는 형국”이라고 설명했다. 채 전 원장은 “중국은 미국을 따라잡기 위해 많은 우주개발 예산을 투입하고 있고, 인도도 화성에 무인우주선을 자체 우주발사체로 보내는 등 많은 투자를 하고 있으며 일본은 가격 경쟁력 있는 우주발사체 개발에 열중할 것 같다”며 “한국 역시 누리호 개발을 완료한 후 가격 경쟁력 있는 우주발사체로 개량하는 연구를 시작하고 KPS 사업을 본격 시작함에 따라 아시아권의 우주개발경쟁이 가속화될 것으로 보인다”고 설명했다. 그는 “한국도 새 정부에서는 국제 경쟁력을 갖출 수 있도록 우주청 등 새로운 조직체계를 갖추고 좀 더 많은 우주개발 예산을 확보해 우주산업이 활성화되는 원년이 되길 기대한다”고 전했다.